[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Najsłynniejsze aplikacje
NE555
W żadnej chyba dziedzinie
techniki postęp nie jest tak szybki,
jak w elektronice. Ktoś kiedyś po−
wiedział, że gdyby przemysł samo−
chodowy rozwijał się w takim tem−
pie jak elektroniczny, to dzisiaj jeździ−
libyśmy samochodem kupionym za
dolara i przejeżdżającym tysiąc kilo−
metrów na litrze benzyny. To praw−
da, porównanie konserwatywnego
w założeniu przemysłu samochodo−
wego z elektronicznym wypada ża−
łośnie dla tego pierwszego! Szcze−
gólnie w ostatnich latach postęp
w elektronice pędzi w szalonym
tempie. Wyjątkowo spektakularnym
tego przykładem jest informatyka.
AJSŁ
YNNIEJSZE
YNNIEJSZE
APLIKACJE
Czy zatem jest w takiej sytuacji możli−
we, aby układ scalony wyprodukowany
prawie ćwierć wieku temu miał nadal za−
stosowanie użytkowe? Ćwierć wieku to
w elektronice całe epoki, wystarczy
uprzytomnić sobie, że pół wieku temu
elektronika w naszym dzisiejszym rozu−
mieniu właściwie nie istniała! A jednak
jest to możliwe, takie układy istnieją i nic
nie wskazuje, aby miano zaprzestać ich
produkcji. Dwoma z nich są legendarne
już „ajsielki” – ICL7106 i ICL7107. Przez
ponad dwadzieścia lat nie potrafiono wy−
myśleć niczego lepszego, co mogłoby
służyć do pomiaru napięcia i obrazowania
wyników pomiaru na wyświetlaczu 3,5
cyfry i nie zanosi się na to, aby w najbliż−
szym czasie wymyślono. Ciekawe, ile
„ajsielek” wyprodukowano na świecie,
setki tysięcy czy może miliony?
W pewnym sensie „wiecznymi” ukła−
dami jest także rodzina TTL. Przeszły one
jednak liczne przeobrażenia i dzisiaj już
nikt nie produkuje tych układów w wersji
standard. Jednak w dalszym ciągu, pomi−
mo wytwarzanie układów o coraz więk−
szej skali integracji, niekiedy nie można
się obyć np. bez popularnej „zerówki”
(74xx00).
Jeszcze jednym przykładem nieśmier−
telnego układu jest z pewnością 723. Ten
scalony stabilizator napięcia zrobił kiedyś
prawdziwą furorę. W epoce, kiedy niepo−
dzielnie panowały kapryśne i trudne
w uruchamianiu stabilizatory tranzystoro−
we 723 był prawdziwą rewelacją i nie bez
powodu wytwarzany był przez większość
producentów półprzewodników. Dzisiaj,
kiedy niepodzielnie panują monolityczne
scalone stabilizatory mocy, gwiazda tego
układu nieco przygasła. Niemniej nadal
jest produkowany i nieraz okazuje się nie−
zastąpiony dla projektanta (o czym niedł−
ugo się przekonamy).
Dziś zajmiemy się jednym z najsław−
niejszych układów scalonych jakie kiedy−
kolwiek wyprodukowano. Układ ten, rów−
nie sędziwy jak 723, jest nadal produko−
wany i z pewnością przez najbliższe lata
jego produkcja nie będzie się zmniejszać.
W karierze dopomagała mu znakomita re−
klama. Ukazało się na jego temat dziesiąt−
ki, a może setki artykułów w prasie dla
elektroników. Napisano też o nim wiele
książek zawierających jego szczegółowy
opis i setki przykładów aplikacji. Jest to
układ wyjątkowo atrakcyjny dla amato−
rów: bardzo tani i „potrafi wszystko”.
Kim jest więc ten z takim zachwytem opi−
sywany „gwiazdor filmowy”? Znacie go
bardzo dobrze, grywał zarówno główne
jak i drugoplanowe role w projektach pub−
likowanych w EdW. Ze szczególnym upo−
dobaniem stosował go w swoich kon−
strukcjach niżej podpisany, narażając się
na przypuszczenia, że przez całe życie
nauczył się zasad działania tylko tej jednej
kostki. Mowa tu oczywiście o
NE555
Nie obawiajcie się, Drodzy Czytelnicy,
autor nie ma zamiaru pisać powieści w od−
cinkach na temat NE555. Omówimy tylko
pokrótce najważniejsze parametry układu,
zapoznamy się z jego „pinologią” czy też
inaczej „nóżkologią” i co może najważniej−
sze: podamy kilka przykładów zastosowa−
nia tej kostki. Będą to proste schemaciki,
zaczerpnięte bądź z „dorobku” autora,
bądź z innych pism i książek. I na zakoń−
czenie tego przydługiego wstępu jeszcze
jedna sprawa, a właściwie prośba do Czy−
Tabela 1
Parametry dopuszczalne układu NE555
Maksymalne napięcie zasilania:
+18 VDC
Maksymalna moc rozpraszana:
600mW
Maksymalny prąd na wyjściu:
100mA
Dopuszczalny zakres temperatury otoczenia:
0...70°C*
Maksymalna temperatura lutowania (10 sek.):
300°C
*) Istnieją wersje 555 przystosowane do pracy w zakresie –55 ... +125°C
34
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97
N
AJS
Najsłynniejsze aplikacje
Rys. 1a. Uproszczony schemat wewnętrzny
układu 555
Rys. 1b. Szczegółowy schemat wewnętrzny układu 555 w wersji bipolarnej
telników: wymyślcie Coś Zupełnie Nowe−
go z wykorzystaniem NE555! Na tej kos−
tce podobno zbudowano nawet odbiornik
radiowy . Ruszcie więc głowami i zadziw−
cie świat Czymś Zupełnie Nowym Na
555. Dla autora najlepszego opracowania
czeka miła niespodzianka. A teraz wracaj−
my do naszego Gwiazdora, bohatera tego
numeru EdW.
NE555 jest monolitycznym układem
scalonym przeznaczonym do generowa−
nia bądź pojedynczych impulsów, bądź do
wytwarzania ciągów przebiegów prosto−
kątnych. Tak więc układ może pracować
jako generator monostabilny i potrzebuje
wtedy jedynie dwóch elementów zewnęt−
rznych: kondensatora i rezystora. Przy pra−
cy jako generator astabilny potrzebne są
już trzy elementy; jeden kondensator
i dwa rezystory. Już w tym momencie mo−
żemy uznać jedną z zalet tej kostki, jaką
jest mała ilość elementów dyskretnych
w podstawowych aplikacjach.
W pierwszej kolejności zapoznamy się
z podstawo wymi parametrami układu
oraz, co bardzo ważne z parametrami gra−
nicznymi, których przekroczenie grozi
uszkodzeniem struktury kostki (tabela 1).
Z konieczności dane te będą miały cha−
rakter skrótowy, a bardziej dociekliwych
Czytelników zapraszamy do lektury biule−
tynu USKA UA6/94.
Tak więc, zanim dowiemy się co z tą
kostką można zrobić,zobaczmy czego ro−
bić nie należy, aby nie zrobić jej krzywdy.
Parametry charakterystyczne NE555
znajdziesz w tabeli 2.
Na rysunku 1a przedstawiono wnętrzno−
ści NE555, oczywiście w dużym uprosz−
czeniu, jako bloki funkcjonalne i układ lo−
giczny. Pełny schemat wewnętrzny przed−
stawiony jest na rysunku 1b. Układ 555
składa się z czterech podstawowych blo−
ków funkcjonalnych:
1.Komparatora K1, którego zadaniem
jest włączanie przerzutnika.
2.Komparatora K2 wyłączającego prze−
rzutnik
3.Przerzutnika P, przedstawionego na ry−
sunku jako kombinacja logiczna
4.Tranzystora rozładowującego T1
Wartości wszystkich trzech rezysto−
rów dzielnika napięcia są sobie równe (5k
każdy), co wyznacza napięcia progowe
dla komparatorów: 1/3 napięcia zasilania
dla K2 i 2/3 napięcia zasilania dla K1. Je−
żeli napięcie na wejściu TRIGGER (pin 2)
spadnie poniżej 1/3 napięcia zasilania to
przerzutnik zostanie włączony. Z kolei
wzrost napięcia na wejściu TRESHOLD
(pin 6) powyżej 2/3 napięcia zasilania po−
woduje natychmiastowe wyłączenie
przerzutnika i przejście wyjścia układu
w stan niski. W tym stanie włącza się
tranzystor T1 powodując rozładowanie
kondensatora, zwykle dołączonego do
wyjścia DISCHARGE.
Przejdźmy teraz do szczegółów, czyli
do opisu wszystkich wyprowadzeń
NE555. Na rysunku 2 pokazana jest obu−
dowa NE555 oraz obudowa „braci syjam−
skich” dwóch 555 umieszczonych w jed−
nej strukturze układu NE556. Istniała
jeszcze wersja NE555 umieszczona
w obudowie DIP14. Był to jednak marny
pomysł i obecnie ten dziwoląg nie jest już
produkowany.
Pin 1. Jest to wejście zasilania, połączo−
ne z masą układu GND.
Pin 2. Wejście wyzwalające TRIGGER.
Podanie na to wejście napięcia mniej−
szego od 1/3 napięcia zasilania powodu−
je wyzwolenie układu i przejście wyjścia
OUT w stan wysoki. Stan ten będzie
trwał do momentu, kiedy napięcie na
wejściu TRESHOLD przekroczy 2/3 na−
pięcia zasilania. Przy pracy NE555 w try−
bie monostabilnym wejście TRIGGER
„podwieszone” jest do plusa zasilania
Tabela 2
Parametry charakterystyczne NE555
Napięcie zasilania
4,5 ... 16V (*
Prąd zasilania (stan niski na wyjściu) przy 5V
3mA
Prąd zasilania (stan niski na wyjściu) przy 15V
10 mA
Napięcie wyjścia w stanie niskim przy prądzie
wpływającym 10 mA (15V)
0,1V
Napięcie wyjścia w stanie niskim przy prądzie
wpływającym 100 mA (15V)
2V
Napięcie wyjścia w stanie niskim przy prądzie
wpływającym 200 mA (15V)
2,5V
Napięcie wyjścia w stanie wys. przy prądzie
wypływającym 100 mA (15V)
13,5V
Napięcie wyjścia w stanie wys. przy prądzie
wypływającym 200 mA (15V)
12,5V
Rys. 2. Wyprowadzenia układów 555
i 556
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97
35
         Najsłynniejsze aplikacje
za pomocą rezystora lub połączone jest
z wyjściem innego układu, na którym
zwykle panuje stan wysoki. Podczas
projektowania układów należy zwrócić
uwagę, aby ujemny impuls wyzwalający
był zawsze krótszy od impulsu wyjścio−
wego. Nie spełnienie tego warunku spo−
woduje błędną pracę układu (przedłuża−
nie impulsów wyjściowych). Gdyby po−
wyższy warunek nie mógł być spełnio−
ny, to należy zastosować na wejściu
TRIGGER prosty układ różniczkujący,
złożony z kondensatora małej pojemnoś−
ci i rezystora.
Podczas pracy w trybie astabilnym,
kiedy to kondensator nie rozładowuje się
natychmiastowo, wejście TRIGGER jest
zwykle z nim połączone.
Rys. 3. Podstawowe układy pracu układu 555
pięcia. Wejście to daje, między innymi,
możliwość zastosowania NE555 jako
prostego VCO (Voltage Controlled Oscila−
tor – oscylator przestrajany napięciem).
Jest to interesujące dla konstruktorów
budujących np. proste nadajniki do prze−
kazywania sygnałów audio w podczerwie−
ni. Wejście to może być także użyteczne
przy budowie syren i sygnalizatorów
akustycznych. Jeżeli nie korzystamy z te−
go wejścia, to dobrą praktyką jest połą−
czenie go z masą za pośrednictwem kon−
densatora o pojemności rzędu 10 ... 22nF.
go od 2/3 napięcia zasilania spowoduje
natychmiastowe ustawienie stanu niskie−
go na wyjściu OUT.
7. DISCHARGE – jest to wyprowadzenie
kolektora tranzystora wewnętrznego, słu−
żące w typowych aplikacjach do rozłado−
wywania kondensatora zewnętrznego.
W monostabilnym trybie pracy konden−
sator zwierany jest bezpośrednio przez
tranzystor. Należy więc unikać stosowa−
nia zbyt dużych jego pojemności (chociaż
producenci jej nie ograniczają), aby nie
doprowadzić do przegrzania struktury
tranzystora.
8. Jest to wejście dodatniego bieguna za−
silania Vcc.
Tyle o wyprowadzeniach układu
NE555 i pełnionych przez nie funkcjach.
Przeanalizujmy jeszcze działanie 555
w dwóch typowych trybach pracy: mo−
nostabilnym i astabilnym. Na rysun−
ku 3 zamieszczono schematy najprojst−
szych aplikacji dla wymienionych trybów
pracy.
3. Wyjście układu OUT
4. Wejście RESET. Podanie na to wejście
stanu niskiego spowoduje natychmiasto−
we zakończenie wszystkich funkcji wyko−
nywanych przez układ. Wyjście zostanie
ustawione w stan niski, przerzutnik wy−
zerowany i kondensator zewnętrzny roz−
ładowany. W wielu zastosowaniach we−
jście to służy do kluczowania pracy gene−
ratora astabilnego przez zewnętrzne ukła−
dy cyfrowe.
5. Wejście CONTROL. Jest to dodatkowe
wyprowadzenie mogące służyć zmianie
proporcji wartości rezystorów wchodzą−
cych w skład wewnętrznego dzielnika na−
6. TRESHOLD – wejście komparatora
wyłączającego przerzutnik wewnętrzny.
Podanie na to wejście napięcia większe−
1. Tryb monostabilny
Działanie układu rozpoczyna się w mo−
mencie powstania na wejściu wyzwalają−
cym TRIGGER napięcia niższego od 1/3
napięcia zasilania. Do tego momentu wy−
jście układu było w stanie niskim i tran−
zystor wewnętrzny zwierał kondensator
C do masy. Podanie ujemnego impulsu
na wejście wyzwalające powoduje na−
tychmiastowe włączenie wewnętrznego
przerzutnika i powstanie na wyjściu ukła−
du stanu wysokiego. Kondensator
C przestaje być zwierany do masy i roz−
poczyna się proces jego ładowania. Czas
ładowania określony jest pojemnością
C i rezystancją R. Możemy go łatwo obli−
czyć z wzoru:
T [s] = 1,1 x R[
] x C[F].
Proces ładowania trwa aż do momen−
tu naładowania kondensatora do pozio−
mu 2/3 napięcia zasilania. Kiedy ten po−
ziom napięcia zostaje osiągnięty, kompa−
36
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97
Najsłynniejsze aplikacje
2. Tryb astabilny
Analizę pracy NE555 w try−
bie astabilnym rozpoczniemy
od momentu włączenia zasi−
lania lub podania stanu wyso−
kiego na wejście RESET. Do
tego momentu kondensator
była rozładowany, na wejściu
TRIGGER połączonym tym
razem z wejściem TRES−
HOLD napięcie wynosiło 0.
Tak więc, natychmiast po uru−
chomieniu układu przerzutnik
wewnętrzny włącza się i na
wyjściu ustawiony zostaje
stan wysoki. Kondensa−
tor C ładuje się poprzez rezystory R1 i R2
i po osiągnięciu napięcia równego 2/3 na−
pięcia zasilania przerzutnik wyłącza się. Na
wyjściu ustawiony zostanie stan niski
i kondensator zaczyna się rozładowywać,
ale tym razem poprzez rezystor R2. Po cza−
sie określonym przez pojemność C i rezys−
tancję R2 napięcie na kondensatorze spa−
da do 1/3 napięcia zasilania, przerzutnik
włącza się i cały cykl rozpoczyna się od po−
czątku. Układ generuje ciąg impulsów
prostokątnych aż do momentu jego zablo−
kowania stanem niskim na wejściu RESET
lub do wyłączenia zasilania.
Uważny obserwator z pewnością za−
uważył już pewną wadę układu NE555
pracującego w trybie astabilnym. Przy
wyłączonym zasilaniu, tak jak podczas
trwania stanu niskiego na wejściu RESET
kondensator jest całkowicie rozładowany
i pierwsze jego ładowania odbywa się od
0 do 2/3Ucc. Następne ładowania wyma−
gają zmiany poziomu napięcia tylko od
1/3 do 2/3Ucc. A zatem pierwszy impuls
dodatni wygenerowany przez układ bę−
dzie nieco dłuższy od następnych. Musi−
my o tym pamiętać podczas projektowa−
nia układów, ale jak zaradzić temu niepo−
żądanemu zjawisku? Może Czytelnicy od−
powiedzą na to pytanie?
Częstotliwość pracy generatora asta−
bilnego z NE555 możemy łatwo obliczyć
z wzoru:
f[Hz] = 1,49 / (R1 +R2 [
rator wyłącza przerzutnik wewnętrzny,
wyjście układu ustawiane jest w stan nis−
ki i kondensator zostaje rozładowany.
Układ pozostaje w stanie oczekiwania na
kolejny impuls wyzwalający.
Tryb monostabilny
Tryb astabilny R=R
A
+R
B
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97
37
]) x C[F].
Korzystanie z wzorów nie zawsze jest
wygodne. Nie zawsze potrzebujemy du−
żej dokładności obliczeń i dlatego w co−
dziennej praktyce wygodnie posługiwać
się nomogramami. Poniżej załączamy
podstawowe nomogramy dla NE555.
Zbigniew Raabe
[ Pobierz całość w formacie PDF ]